Способ диагностики высокотемпературной плазмы Советский патент 1989 года по МПК H05H1/00 

10 П

$

Изобретение относится к прикладной ядерной физике и может быть использовано для получения информации о содержании и плотности отдельных ионных компонент высокотемпературной плазмы. Целью изобретения является повьшение информативности и расширение функциональных возможностей способа диагностики,высокотемпературной плазмы с использованием зондирования анализируемого объема плазмы пучком атомных частиц. Цель изобретения достигается тем, что анализируемый объем плазмы зондируют пучком нейтральных атомов С1. с энергией 30 МэВ и проводят регистрацию энергетического спектра ядер отдачи компонент приз- мь1, выпетающих из анализируемого объема под УГЛОМ наблюдения относительно направления падения пучка атомов. 2 ил. Ф (Л

Фиг.1

Изобретение относится к прикладной ядерной физике и может быть использовано для получения информации о содержании и плотности отдельных ионных компонент высокотемпературной плазмы.

Целью изобсетения является повы- ШРНИР информативности и расширение Лункциональных возможностей способа диагностики высокотемпературной плазмы.

Цель изобретения достигается облучением анализируемого объема плазмы пучком нейтральных атомов с энергией 30 МэВ, регистрацией энер- гитического спектра ядер отдачи компонент плазмы, таких, как ядер водорода, дейтерия, трития, гелия, выпе- тающих из анализируемого объема те- сумы, причем регистрацию ядер от- дачи проводят при угле наблюдения относительно направления падения пучка атомов.

На фиг. 1 приведена схема реализации способа, где обозначено пучок

ускоренных ионов

,5

С1 - 1, камера

нейтрализации - 2, пучок нейтральных атомов С1 - 3, пучок ионов С1, не подвергшихся, нейтрализации - 4, система мониторирования пучка - 5,6, камера с плазмой - 7, ядра отдачи - 8, поглотитель, стоящий перед детектороМ)- 9, полупроводниковый детектор - 10, выход на амплитудный анализатор -11.

На фиг. 2 показан энергетический спектр ядер отдачи компонент плазмы, образующихся из реакций:

, , , .

t/

55,

С1, ,

.

Способ диагностики высокотемпературной плазмы осуществляется следующим образом.

Из ускорителя пучок ионов С1 на- поавляется по ионопроводу в камеру .нейтрализации, зятем пучок нейтрапь

0

5

0

ньгх атомов направляется в камеру, в которой находится плазма, концентра- ция отдельных компонент которой под- лежит определению. Ядра отдачи регистрируются под углом 0 О, так как энергия вторичных частиц в этом случае максимальна. Известно, что упругое рассеяние является наиболее вероятным в ядерных взаимодействиях при низких и средних энергиях. По- этому способ ядерного анализа, основанный на упругом рассеянии, должен обладать наилучшей чувствительностью.

Ядра отдачи водорода, дейтерия. трития, гелия, выбиваемые в результате yпpvгиx взаимодействии с атомами пучка, регистрируются системой идентификации состояний из поглотителя и полупроводникового детектора. Поглотитель поедг.таяляет собой однородную пленку, которая служит для поглощения упругорассеянных атомов (ионов) анализиоуемого пучка. Толщина его выбирается такой, чтобы путь, проходимый атомами (ионами) анализируемого пучка, после рассеяния полностью укладывался в поглотителе .

Размеры плазмы и параметоы анализируемого пучка оценивают исходя из необходимости уверенного анализа компонент плазмы.

ПУСТЬ время удеожания c 10 с

0

см

- 5

с, тогда п

при п - 10

То см . Если площадь сечения анализирующего пучка S 1 см , а путь, проходимый анализирующим пучком в плaзмeJ равен JOO см, то число частиц в исследуемом объеме

п

n-S L «100 10 см

45

упругого рассеяна ВОДОрОДР, ДРЙТРЗначения сечений ния атомов рии, тритии, НЕ, Не при энергии атомов анализирующего пучка 30 МэВ и угле регистрации приведены ниже.

Число зарегистрированных детектором ядер отдачи будет определяться соотношением. dG.

N - N.. ЬСО-°| Е,9 ). п . t,

(П

где К„ - число

упавших

частиц

анализирующего пучка атомов С1, определяемое по монитору}

телесный угол детектора,

дифференциальное сече-

ние упругого рассеяния,

среднее количество частиц

плазмы, находящихся на пути пучка;

t - время анализа. Время анализа можно принять равным 10 с, т.е. равным времени удержания плазмы.

Для оценки необходимого тока пучка анализирующих частиц в случае

Энергия ядра отдачи МэВ

Для того, чтобы исключить попадание атомов анализируемого пучка, перед детектором устанавливают погло- титель из алюминиевой фольги. Толщину его выбирают из условия, чтобы пробег ионов С1 полностью укладывался в нем. По оценкам получают, что толщина пленки алюминия в 10 мкм вполне достаточна, чтобы остановить ионы хлора, а ядро отдачи водорода, дейтерия, трития и гелия, потеряв в ней незначительную часть своей энергии, зарегистрируются полупроводни- ковым спектрометром.

Таким образом, регистрируя энергетические спектры ядер отдачи ионных компонент плазмы и используя выражение (1), можно оценить концент

анализа водородной компоненты плазмы предварительно задают необходимое число зарегистрированныХ Ядер отдачи водорода, равное N ю имп.

Используя формулу (1), получают N

N,

йСО- 45-(E,9) n -t dvi

.(2)

Подставляя в (2) численное значение параметров, получают

I 0,76-10 мкА .

Энергии ядер отдачи водорода,дейтерия, трития, гелия, образующихся после упругого соударения с атомами пучка С1 с энергией 30 МэВ и регистрируемых под углом относительно направления падения первичного пучка, приведены ниже.

3,24 6,13 8,72

11 ,04

рацию отдельных компонент плазмы водорода, дейтерия, трития, гелия. Формула изобретения

Способ диагностики высокотемпературной плазмы, включающий облучение анализируемого объема плазмы пучком нейтральных атомов и регистрацию упругорассеянных частиц, о т л и чающийся тем, что, с целью повьппения информативности и расщире- ния функциональных возможностей способа, пучок нейтральных атомов создают из атомов С1 с энергией 30 МэВ, регистрируют энергетический спектр ядер отдачи, компонент анализируемой плазмы, а регистрацию проводят при угле наблюдения относительно направления падения пучка атомов.

u

«f

5

ut.Z

л.а.эб